Ученые открыли «невозможную» форму воды: что такое пластичный лед?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Вода… Казалось бы, что может быть привычнее? Жидкая, твёрдая, газообразная — три состояния, знакомые каждому с детства. Но, как выясняется, наука ещё далеко не всё знает о, казалось бы, самом изученном веществе на Земле. Учёные приоткрыли завесу тайны над одной из экзотических форм воды — так называемым «пластичным льдом VII». И это открытие, без преувеличения, способно перевернуть наши представления о многих процессах, происходящих как на Земле, так и далеко за её пределами.

Не просто замерзшая вода: загадка пластичного состояния

Что же такое этот «пластичный лёд»? Представьте себе вещество, которое одновременно обладает свойствами и твёрдого тела, и жидкости. Звучит парадоксально, не правда ли? Однако именно так ведёт себя вода при экстремальных условиях — давлениях, в десятки тысяч раз превышающих атмосферное, и температурах в сотни градусов Кельвина.

Иллюстрация
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Ещё полтора десятка лет назад существование этой необычной фазы было лишь теоретическим предсказанием, основанным на компьютерных моделях. И вот, благодаря возможностям Института Лауэ-Ланжевена (ILL), учёным удалось впервые увидеть пластичный лёд VII своими глазами.

«Это как если бы вы заморозили желе, — пытается подобрать аналогию Ливия Элеонора Бове, один из руководителей исследования. — Оно сохраняет форму, но при этом отдельные его части могут двигаться. В случае с пластичным льдом молекулы воды выстраиваются в строгую кристаллическую решётку, как в обычном льду, но при этом продолжают вращаться, словно в жидкости.»

Взгляд вглубь молекулы: нейтроны в помощь

Как же удалось заглянуть внутрь этого удивительного вещества и увидеть, что там происходит? Ключом к разгадке стал метод квазиупругого рассеяния нейтронов (QENS). В отличие от других методов, QENS позволяет одновременно отслеживать и перемещение молекул, и их вращение. Это как если бы мы могли не просто видеть автомобиль на дороге, но и одновременно наблюдать за вращением его колес.

Мария Решиньо, аспирантка, непосредственно работавшая с данными, поясняет: «Мы смогли чётко различить три состояния: когда вода ведёт себя как жидкость и её молекулы свободно перемещаются и вращаются; когда она полностью замерзает и все движения прекращаются; и, наконец, тот самый «пластичный» момент — молекулы зафиксированы в решётке, но продолжают вращаться на месте.»

Сложности эксперимента: на пределе возможностей

Создать условия, при которых вода превращается в пластичный лёд VII, — задача не из лёгких. Речь идёт о давлениях, сравнимых с теми, что царят в глубинах океанов, но многократно усиленных, и о температурах, при которых плавятся многие металлы. Достичь таких экстремальных параметров стало возможным лишь благодаря уникальному оборудованию и многолетнему опыту, накопленному в ILL.

«Мы годами работали над созданием инфраструктуры, позволяющей проводить эксперименты в таких сложных условиях, — говорит Михаэль Марек Коза, один из участников проекта. — И постоянное совершенствование наших приборов, безусловно, сыграло решающую роль.»

Больше вопросов, чем ответов: тайны молекулярного вращения

Но самое интересное, что полученные данные оказались ещё более загадочными, чем предполагалось изначально. Компьютерные модели предсказывали один тип вращения молекул, а реальные измерения показали нечто иное.

«Оказалось, что молекулы воды в пластичном льду VII вращаются не так свободно, как мы ожидали, — рассказывает Мария Решиньо. — Наиболее вероятным оказался механизм так называемого «четырёхкратного вращения», когда молекула совершает повороты, словно перепрыгивая с одной позиции на другую.»

Иллюстрация
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
От лаборатории — к планетам: где искать пластичный лёд?

Но зачем вообще изучать столь экзотические состояния воды? Дело в том, что они могут играть ключевую роль в строении и эволюции ледяных небесных тел — спутников планет-гигантов и самих этих планет. Например, Ганимед и Каллисто, спутники Юпитера, или ледяные гиганты Уран и Нептун — все они могут содержать в своих недрах значительные количества пластичного льда. Понимание его свойств поможет разгадать тайны их внутреннего строения, динамики ледяных потоков и, возможно, даже пролить свет на возможность существования подледных океанов.

И кто знает, какие ещё удивительные открытия ждут нас впереди? Ведь, как показывает практика, вода — вещество куда более загадочное и многогранное, чем мы привыкли думать. Возможно, пластичный лёд — это лишь одна из многих экзотических фаз, которые еще предстоит открыть. И каждое такое открытие будет приближать нас к пониманию фундаментальных законов природы.

4 комментария

Добавить комментарий

s
При 20 миллиардах атмосфер он вообще думать начинает. Только молчит.
1
Только если в формуле воды будет присутствовать нитрат натрия, пусть даже в самых микро долях. По другому никак!!!
1
Кто-то не согласен????
Могу поспорить!!!

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор Snowsky Retro Nano: недорогой беспроводной ЦАП от FiiO

Как многим известно, компания FiiO, дабы избежать путаницы в своем модельном ряду, породила ещё один бренд: Snowsky. Делает он ровно тоже самое, с таким же железом и софтом, но в более простом...

Обход ГОСТа на ВЭФ Спидола-232: как советские радиолюбители открывали 100-метровый диапазон

ВЭФ Спидола-232 выпускал Рижский государственный электротехнический завод ВЭФ, с первого квартала 1979 года. Переносной приёмник второго класса сложности, вес 3,4 килограмма, габариты 260х360х110...

Двести лет без солнца: что скрывает легенда о Фимбульвинтере

Весна должна была прийти. Люди ждали, когда земля прогреется, взойдут посевы и скот снова можно будет выгнать на пастбища. Но солнце оставалось тусклым, лето не приносило привычного тепла, а запасы...

Клэм-чаудер: как один американский суп разделился на белую и красную версии

Клэм-чаудер кажется блюдом, которое должно пахнуть морем сильнее, чем спором. Но на северо-востоке США одна миска супа способна выдать региональную принадлежность. В Новой Англии ждут светлую...

Песок рисует звук: опыты Хладни с вибрирующими металлическими пластинами

В конце XVIII века звук можно было услышать, измерить высотой тона или описать движением струны, но почти невозможно увидеть. Эрнст Хладни нашёл способ заставить колебание оставить рисунок. Он брал...

От первого ветропарка России до завода лопастей: как Ульяновск стал столицей российской ветроэнергетики

Ульяновская область занимает особое место в истории российской ветроэнергетики. Именно здесь в 2018 году заработала первая промышленная ветроэлектростанция страны, а спустя годы регион превратился...